JP6545380B2

JP6545380B2 - 永久磁石式回転電機の回転子および永久磁石式回転電機

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Publication number: JP6545380B2
Application number: JP2018523330A
Authority: JP
Inventors: 智也内村; 信一山口
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Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2019-07-17
Anticipated expiration: 2037-03-27
Also published as: DE112017003124B4; JPWO2017221496A1; KR20190007498A; CN109314422B; KR102070565B1; CN109314422A; US10770939B1; US20200274406A1; DE112017003124T5; WO2017221496A1

Description

この発明は、永久磁石を備えた永久磁石式回転電機の回転子および永久磁石式回転電機に関する。

従来、表面磁石型回転電機を安価に製造するために、断面が真円形状の回転子鉄心と、貼り付け面が平坦な板形状の永久磁石との組み合わせが利用される。断面が真円形状の回転子鉄心の外周面に貼り付け面が平坦な永久磁石を高精度に位置決めして貼り付けることが困難であるので、多角柱形状の保持部を回転子鉄心の軸方向端部に設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１５９６３９号公報実開平０３−０８６７５２号公報特開２００９−２６１１９１号公報

しかしながら、回転子の永久磁石と固定子鉄心との間の相互作用により発生するコギングトルクと呼ばれるトルク脈動を抑制するために、回転子の永久磁石を軸方向に対して傾斜させた状態で回転子鉄心に貼り付けて、永久磁石式回転電機の回転子をスキュー構造とすることが考えられるが、回転子鉄心の軸方向端部に設けられた保持部は、軸方向に延伸した突起で永久磁石の周方向両端部を保持するため、永久磁石を軸方向に対して傾斜させた状態で回転子鉄心に貼り付けることができないという課題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、永久磁石を高精度に位置決めして回転子鉄心に貼り付けることができるとともに、永久磁石を軸方向に対して傾斜させた状態で回転子鉄心に貼り付けることができる永久磁石式回転電機の回転子および永久磁石式回転電機を提供するものである。

この発明に係る永久磁石式回転電機の回転子は、円筒部および円筒部の軸方向両端部に設けられた一対の多角柱部を有する回転子鉄心と、回転子鉄心に貼り付けられる貼り付け面が平坦に形成された永久磁石とを備え、一対の多角柱部の中の一方の多角柱部である第１多角柱部および他方の多角柱部である第２多角柱部のそれぞれには平坦面が形成され、第１多角柱部の平坦面における円筒部についての周方向の図心は、第２多角柱部の平坦面における周方向の図心に対して周方向にずれて配置され、永久磁石は、永久磁石が軸方向に対して傾斜した状態で貼り付け面が、第１多角柱部の平坦面および第２多角柱部の平坦面に貼り付けられている。

この発明に係る永久磁石式回転電機の回転子によれば、円筒部および円筒部の軸方向両端部に設けられた一対の多角柱部を有する回転子鉄心と、回転子鉄心に貼り付けられる貼り付け面が平坦に形成された永久磁石とを備え、一対の多角柱部の中の一方の多角柱部である第１多角柱部および他方の多角柱部である第２多角柱部のそれぞれには平坦面が形成され、第１多角柱部の平坦面における円筒部についての周方向の図心は、第２多角柱部の平坦面における周方向の図心に対して周方向にずれて配置され、永久磁石は、永久磁石が軸方向に対して傾斜した状態で貼り付け面が、第１多角柱部の平坦面および第２多角柱部の平坦面に貼り付けられているので、永久磁石を高精度に位置決めして回転子鉄心に貼り付けることができるとともに、永久磁石を軸方向に対して傾斜させて回転子鉄心に貼り付けることができる。

この発明の実施の形態１に係る永久磁石式回転電機の回転子を示す斜視図である。図１の永久磁石および第１多角柱部を示す平面図である。図１の永久磁石および第２多角柱部を示す平面図である。図１の永久磁石および円筒部を示す平面図である。図４の永久磁石の変形例を示す断面図である。図４の永久磁石の変形例を示す断面図である。この発明の実施の形態２に係る永久磁石式回転電機の回転子を示す斜視図である。この発明の実施の形態３に係る永久磁石式回転電機の回転子における一対の多角柱部を示す平面図である。この発明の実施の形態４に係る永久磁石式回転電機の回転子における多角柱部を示す平面図である。この発明の実施の形態５に係る永久磁石式回転電機の回転子における永久磁石および多角柱部を示す平面図である。この発明の実施の形態６に係る永久磁石式回転電機の回転子を示す斜視図である。図１１の永久磁石式回転電機の回転子を示す平面図である。この発明の実施の形態７に係る永久磁石式回転電機の回転子を示す斜視図である。図１３の永久磁石式回転電機の回転子を示す平面図である。この発明の実施の形態８に係る永久磁石式回転電機の回転子を示す側面図である。この発明の実施の形態９に係る永久磁石式回転電機の回転子を示す斜視図である。図１６の永久磁石式回転電機の回転子における軸方向一端部を示す側面図である。この発明の実施の形態１０に係る永久磁石式回転電機の回転子を示す斜視図である。

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、本発明の実施の形態は、以下に例示する実施の形態に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式回転電機の回転子を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係る永久磁石式回転電機の回転子は、回転子鉄心１と、回転子鉄心１の外周部に設けられた複数の永久磁石２とを備えている。

まず、永久磁石２の構成について説明する。永久磁石２は、貼り付け面が平坦な板形状となっている。したがって、永久磁石２は、安価に製造可能である。また、永久磁石２は、回転子の磁極を成している。この回転子では、回転子の磁極１つに対して、１つの永久磁石２が設けられている。複数の永久磁石２は、回転子の周方向について、極性を交互に異なるように配置されている。それぞれの永久磁石２は、回転子の径方向に磁路が向くように着磁されている。この例では、複数の永久磁石２は、回転子の周方向について間隔を置いて配置されている。また、複数の永久磁石２は、回転子の周方向に等間隔に配置されている。永久磁石２の数は、全部で６個となっている。したがって、回転子の極数は、６極である。

次に、回転子鉄心１の構成について説明する。回転子鉄心１は、円筒形状の円筒部１１と、円筒部１１の軸方向両端部に設けられた一対の多角柱部１２とを有している。この例では、一対の多角柱部１２の中で、円筒部１１の軸方向一端部に設けられた多角柱部１２を第１多角柱部１２Ａとし、円筒部１１の軸方向他端部に設けられた多角柱部１２を第２多角柱部１２Ｂとする。また、この例では、軸方向とは、回転子についての軸方向であり、図１の矢印ＲＡの方向である。

図２は図１の永久磁石２および第１多角柱部１２Ａを示す平面図である。第１多角柱部１２Ａの外周部には、複数の角部１２Ｃが形成されている。第１多角柱部１２Ａにおける角部１２Ｃを構成する一対の面における一方の面に永久磁石２の貼り付け面が貼り付けられている。

図３は図１の永久磁石２および第２多角柱部１２Ｂを示す平面図である。第２多角柱部１２Ｂの外周部には、複数の角部１２Ｄが形成されている。第２多角柱部１２Ｂにおける角部１２Ｄを構成する一対の面における一方の面に永久磁石２の貼り付け面が貼り付けられている。

図４は図１の永久磁石２および円筒部１１を示す軸中心位置における平面図である。それぞれの永久磁石２は、円筒部１１に対して一点で接触している。

図１に示すように、永久磁石２は、軸方向に対して傾斜した状態で回転子鉄心１に貼り付けられている。言い換えれば、回転子はスキュー構造となっている。永久磁石２の平坦な面が第１多角柱部１２Ａの平坦面１２ＡＳおよび第２多角柱部１２Ｂの平坦面１２ＡＳに接触する。

特許文献１に記載された発明では、回転子鉄心の円筒部の軸方向両端部に配置された一対の多角柱体を用いて永久磁石の周方向についての位置決めを行い、永久磁石の周方向についての位置の精度の向上を図っているが、これらの多角柱体は、永久磁石に接触されるそれぞれの平坦面の位置が、軸方向から視た場合に周方向について一致する構成となっている。したがって、貼り付け面が平坦な永久磁石を軸方向に対して傾斜した状態で回転子鉄心の外周面に貼り付けることは困難である。

これに対して、本発明では、第１多角柱部１２Ａの平坦面１２ＡＳの中心１２ＡＣと、第２多角柱部１２Ｂの中心１２ＢＣとは、軸方向から視た場合に一致しない。言い換えれば、第１多角柱部１２Ａの平坦面１２ＡＳの中心１２ＡＣおよび第２多角柱部１２Ｂの中心１２ＢＣは、周方向について一致しない位置関係となっている。さらに言い換えれば、第１多角柱部１２Ａの平坦面１２ＡＳにおける周方向の図心は、第２多角柱部１２Ｂの平坦面１２ＢＳにおける円筒部１１についての周方向の図心に対して周方向にずれて配置されている。ここで、周方向とは、円筒部１１についての周方向である。したがって、貼り付け面が平坦な永久磁石２を軸方向に対して傾斜した状態で回転子鉄心に貼り付けることができる。また、第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂにおける隣接する永久磁石２が貼り付けられる平坦面１２ＡＳおよび平坦面１２ＢＳを、互いに干渉することなく容易に形成可能となっている。

永久磁石２を軸方向に対して傾斜した状態で回転子鉄心１の円筒部１１に貼り付ける場合、言い換えれば、永久磁石２を回転子鉄心１の円筒部１１にスキュー貼り付けする場合、永久磁石２は、円筒部１１に対して接触部が一点のみとなるので、永久磁石２を円筒部１１に対して特定の傾斜角で特定の周方向位置に固定することが難しい。さらに、軸方向外側に向かうにつれて永久磁石２と円筒部１１との間の距離が大きくなるので、接着剤などを用いて固定することができる面積が小さくなり、接着強度が低下する。特許文献２に記載された発明では、永久磁石の回転子鉄心への貼り付け面を回転子鉄心に沿った曲面とすることにより、永久磁石の回転子鉄心に対する保持性を向上させている。しかしながら、この場合、永久磁石の製造コストが上昇し、回転子が高価となる。

これに対して、本発明では、第１多角柱部１２Ａの平坦面１２ＡＳおよび第２多角柱部１２Ｂの平坦面１２ＢＳによって永久磁石２を保持するので、位置決め精度を向上させることが可能となる。また、貼り付け面が平坦である安価な永久磁石２が軸方向に対して傾斜して配置された場合であっても、永久磁石２の位置決め精度を高くすることができる。また、製造時の永久磁石の位置のばらつきを低減させることができる。また、回転子のスキュー構造の採用によってコギングトルクを効果的に低減させることができる。

なお、平坦面１２ＡＳおよび平坦面１２ＢＳが同一平面上になく、一方に対して他方が傾いている場合であっても、永久磁石２が平坦面１２ＡＳまたは平坦面１２ＢＳと回転子鉄心１の円筒部１１との２点で接することになるので、円筒部１１において接触部が１点のみの場合よりも、永久磁石２を軸方向に対して傾斜して配置する場合において永久磁石２の位置決め精度が向上する。

回転子鉄心１は、１つの鋼材から、円筒部１１、第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂを切削加工により一体物として製造することによって、円筒部１１、第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂの同軸度などの位置ばらつきを小さくすることができる。これにより、永久磁石２を高精度に位置決めすることができる。また、コギングトルクを効果的に低減させることができる。ただし、さらに安価に製造するためには、円筒部１１は丸棒の切削加工により製造し、第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂはプレス打ち抜きした薄板を積層することによって製造しまたは金属塊の切削加工または圧粉鉄心によって製造して、それぞれを組み合わせて回転子鉄心１を構成してもよい。なお、回転子の外径が大きい場合には、第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂの加工が高価になるため、分割して製作したものを締結する構造であってもよい。このように円筒部１１と第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂとが別体部品である場合には、円筒部１１を第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂとの位置決めを高精度するために、位置決め用の突起を互いの接合面に設けてもよい。また、多角柱部１２が磁性体であれば、永久磁石２に対し多角柱部１２の平坦部が密着することによって、永久磁石２から生じる磁束の磁路のパーミアンスが大きくなることにより磁束量が増加し、回転電機のトルクを向上させることが可能となる。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る永久磁石式回転電機の回転子によれば、円筒部１１および円筒部１１の軸方向両端部に設けられた一対の多角柱部１２を有する回転子鉄心１と、回転子鉄心１に貼り付けられる貼り付け面が平坦に形成された永久磁石２とを備え、一対の多角柱部１２のそれぞれには、軸方向に視た場合に中心位置がずれて配置された平坦面１２ＡＳおよび平坦面１２ＢＳが形成され、永久磁石２は、永久磁石２が軸方向に対して傾斜した状態で貼り付け面が一対の多角柱部１２のそれぞれの平坦面１２ＡＳおよび平坦面１２ＢＳに貼り付けられているので、永久磁石２を高精度に位置決めして回転子鉄心１に貼り付けることができるとともに、永久磁石２を軸方向に対して傾斜させて回転子鉄心１に貼り付けることができる。永久磁石２に形成された貼り付け面が平坦であるので、永久磁石２を安価に製造することができる。さらに、多角柱部１２が磁性体であれば、永久磁石２と多角柱部１２とが密着することで磁束量を向上させ回転電機のトルクを向上させることが可能となる。

なお、上記実施の形態１では、回転子を支持するためのシャフトを省略している。図１では、円筒部１１、第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂが一様に中心軸まで埋まった構成としているが、円筒部１１、第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂは中空であってもよい。これらの中空部には、軸方向に延び中実または中空の円筒体がシャフトとして存在してもよく、または、円筒部１１と一体となって中空の第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂを貫通し、第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂよりも軸方向外側に延び、任意の外径に加工された円筒部１１の延伸部がシャフトとして存在してもよい。

また、永久磁石２における回転子鉄心１に貼り付けられる面は平坦であるが、この平坦面とは反対側の面は平坦に限らない。この場合、永久磁石２の形状は、例えば、図５に示すように片側が円状でその反対側が平坦な形状であってもよく、また、図６に示すように台形状であってもよい。これらの場合、回転子に対向する固定子への磁束増加に伴いトルクが向上する。また、これらの場合、永久磁石２による起磁力分布は、永久磁石２が平坦面である場合と比べて、周方向に滑らかに変化するため、さらなるコギングトルクの低減を図ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、極数が６極の回転子について説明したが、極数は何極であってもよい。図７はこの発明の実施の形態２に係る永久磁石式回転電機の回転子を示す斜視図である。実施の形態２では、実施の形態１よりも極数が多くなっており、極数は２２極、つまり、永久磁石２の数が２２個である。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

磁極の数が多くなるにつれて、回転電機のトルクは向上する。しかしながら、永久磁石２の数が増えるにつれて、永久磁石２のそれぞれの取付位置の製造ばらつきが大きくなる可能性が高くなる。そのため、本発明の多角柱部１２および多角柱部１２を利用した高精度な位置決めが有効となる。

以上説明したように、この発明の実施の形態２に係る永久磁石式回転電機の回転子によれば、実施の形態１と比較して、回転電機のトルクを向上させるとともに、永久磁石２のそれぞれの取付位置の製造ばらつきが大きくなることを抑制することができる。

実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３に係る永久磁石式回転電機の回転子における一対の多角柱部を示す平面図である。第１多角柱部１２Ａの平坦面１２ＡＳおよび第２多角柱部１２Ｂの平坦面１２ＢＳは、同一平面上に配置されている。言い換えれば、一対の多角柱部１２の中で、同一の永久磁石２の貼り付け面が貼り付けられる第１多角柱部１２Ａの平坦面１２ＡＳおよび第２多角柱部１２Ｂの平坦面１２ＢＳは、同一平面上に配置されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

第１多角柱部１２Ａの平坦面１２ＡＳおよび第２多角柱部１２Ｂの平坦面１２ＢＳが同一平面上に配置されているので、第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂと永久磁石２との密着性が向上し、第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂによる永久磁石２の保持性が向上する。これにより、実施の形態１と比較して、位置決め精度をさらに向上させることが可能となる。また、スキュー構造によりコギングトルクを効果的に低減可能となる。また、永久磁石２と回転子鉄心１との接触面積が増大し、永久磁石２から生じる磁束の磁路のパーミアンスが大きくなることにより磁束量が増加し、トルクが向上する。そのため、多角柱部１２の材料は、透磁率の高い電磁鋼板材などが望ましい。

以上説明したように、この発明の実施の形態３に係る永久磁石式回転電機の回転子によれば、一対の多角柱部１２の中で、同一の永久磁石２の貼り付け面が貼り付けられる平坦面１２ＡＳおよび平坦面１２ＢＳは、同一平面上に配置されているので、第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂと永久磁石２との密着性を向上させることができる。これにより、第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂによる永久磁石２の保持性を向上させることができる。

実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４に係る永久磁石式回転電機の回転子における多角柱部を示す平面図である。軸方向に対して垂直な平面であって多角柱部１２の中心を通る任意の中心線１２ＣＡに対して、多角柱部１２の軸方向に対して垂直な平面は、非対称な形状となっている。言い換えれば、軸方向に視た場合の多角柱部１２の形状は、中心線１２ＣＡに対して非対称となっている。

図９における破線１２Ｒは、多角柱部１２の軸方向に対して垂直な平面を、中心線１２ＣＡを中心に表裏反転した形状を示している。破線１２Ｒは、他方の多角柱部１２の軸方向に対して垂直な平面の形状と一致する。言い換えれば、軸方向に視た場合の一方の多角柱部１２の形状は、中心線１２ＣＡを中心に表裏反転したときに、軸方向に視た場合の他方の多角柱部１２の形状と一致する。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

第１多角柱部１２Ａの平坦面１２ＡＳおよび第２多角柱部１２Ｂの平坦面１２ＢＳに永久磁石２を貼り付ける際に、永久磁石２に対応する平坦面１２ＡＳおよび平坦面１２ＢＳが形成されるため、平坦面１２ＡＳおよび平坦面１２ＢＳ以外の部位に阻害されることなく永久磁石２をスキュー貼り付けすることができるようになる。また、第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂを同一の部品で構成することができるため、例えば、薄板のプレス成型であれば金型一種類で第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂを製造可能であり、また、ワイヤーカットのような加工品であれば、一回の加工で軸方向に長い多角柱体を切り出した後、軸方向に対して垂直な方向に複数分割することで、第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂを一度に製造可能となるため、安価に製造可能となる。

以上説明したように、この発明の実施の形態４に係る永久磁石式回転電機の回転子によれば、軸方向に視た場合の多角柱部１２の形状は、中心線１２ＣＡに対して非対称であり、中心線１２ＣＡを中心に表裏反転したときに、軸方向に視た場合の他方の多角柱部１２の形状と一致するので、平坦面１２ＡＳおよび平坦面１２ＢＳ以外の部位に阻害されることなく永久磁石２をスキュー貼り付けすることができ、また、一対の多角柱部１２を安価に製造することができる。

実施の形態５．
図１０はこの発明の実施の形態５に係る永久磁石式回転電機の回転子における永久磁石および多角柱部を示す平面図である。多角柱部１２における軸方向に対して垂直な平面の外径側輪郭線には、永久磁石２の数の２倍、すなわち極数の２倍の数の頂点１２Ｖが形成されている。言い換えれば、軸方向に視た場合の多角柱部１２の外側形状は、極数の２倍の数の頂点を有する多角形状となっている。

多角柱部１２における軸方向に対して垂直な平面において、頂点１２Ｖは、多角柱部１２の一辺が永久磁石２の平坦な貼り付け面と平行になるように配置されるのが望ましい。また、多角柱部１２の軸方向に対して垂直な平面の外径形状における一辺が永久磁石２の軸方向に対して垂直な断面の長辺よりも長くなるように、頂点１２Ｖが配置されるのが望ましい。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

多角柱部１２における軸方向に対して垂直な平面の外径側輪郭線には、極数の２倍の数の頂点１２Ｖが形成されているので、多角柱部１２には、永久磁石２に対応する一対の平坦面が形成される。これにより、永久磁石２のスキュー貼り付けが可能となるため、多角柱部１２は単純な平面形状となる。したがって、薄板のプレス加工であれば打ち抜き工程を最小限回数に抑えられ、また、切削加工であれば加工工程を最小限の工数に抑えられるため、多角柱部１２の成形にかかる加工費を安価に抑えることができる。また、永久磁石２を保持する平坦面を有しつつ、最も肉厚な多角柱部１２を得られるため、剛性の高い回転子鉄心１を得ることが可能となる。

以上説明したように、この発明の実施の形態５に係る永久磁石式回転電機の回転子によれば、軸方向に視た場合の多角柱部１２の外側形状は、極数の２倍の数の頂点を有する多角形状であるので、多角柱部１２には、永久磁石２に対応する一対の平坦面が形成され、これにより、永久磁石２のスキュー貼り付けを行うことができる。また、多角柱部１２は単純な平面形状となるので、多角柱部１２の成形にかかる加工費を安価に抑えることができる。また、肉厚な多角柱部１２を得られるので、剛性の高い回転子鉄心１を得ることができる。

実施の形態６．
図１１はこの発明の実施の形態６に係る永久磁石式回転電機の回転子を示す斜視図である。永久磁石式回転電機の回転子は、回転子鉄心１と、回転子鉄心１の外周部に設けられた複数の永久磁石２とを備えている。回転子鉄心１は、円筒部１１と、円筒部１１の軸方向両端部に設けられた一対の多角柱部１２とを有している。この例では、一対の多角柱部１２の中で、円筒部１１の軸方向一端部に設けられた多角柱部１２を第１多角柱部１２Ａとし、円筒部１１の軸方向他端部に設けられた多角柱部１２を第２多角柱部１２Ｂとする。

図１２は図１１の永久磁石式回転電機の回転子を示す平面図である。回転子鉄心１は、多角柱部１２の外周部に設けられた複数の突起１３をさらに有している。複数の突起１３は、永久磁石２に対して周方向片側にのみ設けられている。言い換えれば、回転子鉄心１は、永久磁石２よりも周方向片側に設けられた突起１３をさらに有している。突起１３は、多角柱部１２に対する永久磁石２の周方向についての位置決めを行う周方向位置決め部となっている。

突起１３は、永久磁石２と同様に、周方向に等間隔に配置されている。図１１に示すように、突起１３は、軸方向に一様に延伸した多角柱部１２と同じ軸長の直方体形状である。また、突起１３は、多角柱部１２と一体に形成されている。また、突起１３は、回転子鉄心１の第１多角柱部１２Ａの平坦面１２ＡＳおよび第２多角柱部１２Ｂの平坦面１２ＢＳに配置されている。同じ平坦面１２ＡＳおよび平坦面１２ＢＳに貼り付けられた永久磁石２と突起１３の直方体形状の一辺が接触する構成となっている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

なお、突起１３と永久磁石２との間の応力を低減し、または、永久磁石２の欠けなどを防ぐため、突起１３と永久磁石２との接触部には、面取りまたはフィレットが設けられてもよい。また、突起１３は、軸方向に一様な形状に限らず、例えば、永久磁石２の長辺と同じ角度で傾き、永久磁石２と面接触する形状、または、軸方向に階段状に形成され、永久磁石２に接触する複数の接触部を有してもよい。

上記実施の形態１〜５では、回転子の製造時に、回転子鉄心１に貼り付けられる永久磁石２の周方向位置決めのための治具が必要になるが、実施の形態６では、突起１３により、周方向位置決めのための治具が不要となるため、さらに製造コストを低減させることが可能となる。また、突起１３は周方向に永久磁石２が動かないように固定するため、永久磁石２と回転子鉄心１とを接着固定した際の接着部に係るせん断応力を低減させることができ、永久磁石２の回転子鉄心１からの剥離の危険性を低減させることができる。さらに、突起１３は、第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂのそれぞれに設けられており、第１多角柱部１２Ａに設けられた突起１３および第２多角柱部１２Ｂに設けられた突起１３は、それぞれが永久磁石２を中心にして周方向に反対側に配置されているため、回転方向に依らずに永久磁石２の離脱の危険性を低減させることができる。

なお、特許文献１では、回転子鉄心の軸方向両端部に存在する多角柱部に設けられた突起が、実施の形態６と同様に軸方向に延伸して永久磁石を周方向で支持し、位置決めする構成となっているが、永久磁石の周方向両側に突起が存在するため、スキュー配置された永久磁石を保持することは不可能である。実施の形態６のように、周方向片側にのみ突起１３が存在する構成であれば、スキュー配置された永久磁石２を周方向に保持することが可能となる。

以上説明したように、この発明の実施の形態６に係る永久磁石式回転電機の回転子によれば、回転子鉄心１は、永久磁石２よりも周方向片側に設けられた突起１３をさらに有しているので、永久磁石２の周方向位置を容易に決めることができる。

実施の形態７．
図１３はこの発明の実施の形態７に係る永久磁石式回転電機の回転子を示す斜視図、図１４は図１３の永久磁石式回転電機の回転子を示す平面図である。永久磁石式回転電機の回転子は、回転子鉄心１と、回転子鉄心１の外周部に設けられた複数の永久磁石２とを備えている。回転子鉄心１は、円筒部１１と、円筒部１１の軸方向両端部に設けられた一対の多角柱部１２とを有している。この例では、一対の多角柱部１２の中で、円筒部１１の軸方向一端部に設けられた多角柱部１２を第１多角柱部１２Ａとし、円筒部１１の軸方向他端部に設けられた多角柱部１２を第２多角柱部１２Ｂとする。

回転子鉄心１は、多角柱部１２の外周部に設けられた複数の突起１４をさらに有している。複数の突起１４は、永久磁石２に対して周方向片側にのみ設けられている。言い換えれば、回転子鉄心１は、永久磁石２よりも周方向片側に設けられた突起１４を備えている。突起１４は、多角柱部１２に対する永久磁石２の周方向についての位置決めを行う周方向位置決め部１４Ａと、多角柱部１２に対する永久磁石２の径方向外側への移動を規制する離脱防止部１４Ｂとになっている。

実施の形態６では、突起１３における軸方向に対して垂直な平面の形状が四角形状である構成について説明したが、実施の形態７では、突起１４における軸方向に対して垂直な平面の形状がＬ字形状となっている。複数の突起１３は、周方向に等間隔に配置されている。また、突起１４は、軸方向に一様に延伸した多角柱部１２と同様に軸方向に延伸した多角柱体である。また、突起１４は、第１多角柱部１２Ａの平坦面１２ＡＳおよび第２多角柱部１２Ｂの平坦面１２ＢＳに設けられている。また、同じ平坦面１２ＡＳおよび１２ＢＳに貼り付けられた永久磁石２と突起１４の一辺とが接触する。そのため、実施の形態６と同様に、永久磁石２の周方向位置決めの高精度化および剥離の危険性低減の効果が得られる。さらに、突起１４は、永久磁石２の外径を覆う部位を有しているので、永久磁石２が回転子鉄心１から剥離した場合であっても、永久磁石２が径方向外側への離脱を抑える、固定子などへの永久磁石２の衝突などの危険を予防することができる。

特許文献３に記載の発明では、回転子の軸方向両端部に永久磁石離脱防止用のＹ字形状の突起が設けられている。しかしながら、Ｙ字形状の突起は、永久磁石を周方向両側から保持し、同一の永久磁石を保持するＹ字形状の突起は軸方向について位置が一致するため、回転子鉄心にスキュー配置された永久磁石を保持させることは困難である。これに対して、実施の形態７では、永久磁石２を周方向片側にのみＬ字形状の突起１４が配置され、突起１４が永久磁石２を保持するため、永久磁石２がスキュー配置された場合であっても、容易に永久磁石２を保持することができる。

また、Ｌ字形状の突起１４は、永久磁石２の最も外径に位置している点が作る円２Ｃよりも内側に配置されている。これにより、回転子は最外径に永久磁石２が配置されることになり、回転電機を構成するにあたり、固定子へ磁束が多く流れるため、トルクを大きくすることができる。ただし、Ｌ字形状の突起１４近傍では、永久磁石２の磁束が突起１４へ漏れるため、突起１４の周方向幅１４Ｗと突起１４の外径部の径方向幅である厚み１４Ｔは、できるだけ小さい形状が望ましい。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態７に係る永久磁石式回転電機の回転子によれば、回転子鉄心１は、永久磁石２よりも周方向片側および永久磁石２よりも径方向外側に設けられた突起１４をさらに有しているので、永久磁石２の周方向位置決めの高精度化および剥離の危険性低減の効果が得られ、さらに、永久磁石２が回転子鉄心１から剥離した場合であっても、永久磁石２が径方向外側への離脱を抑えることができる。

実施の形態８．
図１５はこの発明の実施の形態８に係る永久磁石式回転電機の回転子を示す側面図である。永久磁石２の径方向外側から視た平面形状は長方形形状である。また、永久磁石２は、長手方向に垂直な断面形状が、長手方向に渡って一様となるように延伸した構成となっている。言い換えれば、永久磁石２は、直方体形状に形成されている。

特許文献２に記載された発明では、径方向外側から視た永久磁石の平面形状が菱形となっている。このような形状は、永久磁石を成型後に加工する必要があり、製造コストが高くなる。これに対して、実施の形態８では、永久磁石２の成型が容易であり、安価に製造することができる。また、特許文献２に記載されているように永久磁石の平面形状が菱形である場合、永久磁石における軸方向両端部が大きいため、固定子鉄心への漏れ磁束が増加し、磁束量が軸方向でアンバランスとなり、コギングトルクが増加する懸念がある。実施の形態８では、平面形状が長方形形状であるので、漏れ磁束が生じにくく、コギングトルクを低減させることができる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態８に係る永久磁石式回転電機の回転子によれば、永久磁石２が直方体形状に形成されているので、安価に製造することができ、また、コギングトルクを低減させることができる。なお、上記実施の形態８では、永久磁石２の形状が直方体形状である構成について説明したが、永久磁石２の形状は、側面から視た平面形状が長方形形状であればよいため、長手方向に垂直な断面形状は、蒲鉾状または台形状であってもよい。これらの形状であれば、上記実施の形態１と同様に、トルクの向上およびコギングトルクの低減が可能となる。

実施の形態９．
図１６はこの発明の実施の形態９に係る永久磁石式回転電機の回転子を示す斜視図、図１７は図１６の永久磁石式回転電機の回転子における軸方向一端部を示す側面図である。回転子鉄心１は、永久磁石２よりも軸方向外側に設けられた突起１５をさらに有している。永久磁石２は、軸方向に対して傾斜した直方体形状であるため、永久磁石２の側面形状を構成する４つの頂点のうちの少なくとも２点が側面から視て回転子鉄心１の多角柱部１２と同じ面内にある場合、回転子鉄心１の永久磁石２を保持する平坦面１２ＡＳには、永久磁石２と回転子鉄心１の軸方向端面との間に隙間部１６が形成されている。突起１５は隙間部１６に配置されている。なお、図示していないが、平坦面１２ＢＳについても、隙間部１６が形成されており、この隙間部１６に突起１５が配置されている。突起１５は、永久磁石２よりも長手方向外側に設けられた軸方向位置決め部となっている。その他の構成は、実施の形態８と同様である。

突起１５により、永久磁石２は軸方向に高精度に位置決めされるので、製造ばらつきが低減される。また、永久磁石２が軸方向に高精度に位置決めされるので、スキューによるコギングトルク低減効果が有効に発揮される。

なお、突起１５は、第１多角柱部１２Ａおよび第２多角柱部１２Ｂが積層した薄板から構成され、軸方向両端部の数枚が、突起が形成された薄板で、それ以外は突起が形成されていない薄板で構成するように製造する構造が安価であり、好適である。

以上説明したように、この発明の実施の形態９に係る永久磁石式回転電機の回転子によれば、回転子鉄心１は、永久磁石２よりも長手方向外側に設けられた突起１５をさらに有しているので、永久磁石２を軸方向について高精度に位置決めすることができる。

実施の形態１０．
図１８はこの発明の実施の形態１０に係る永久磁石式回転電機を示す斜視図である。図１８では、回転子の構造を示すために、固定子鉄心３は一部のみを示している。この発明の実施の形態１０に係る永久磁石式回転電機の回転子は、軸方向に連なって設けられた複数の回転子鉄心１と、それぞれの回転子鉄心１の外周部に設けられた複数の永久磁石２とを備えている。この例では、永久磁石式回転電機の回転子は、一対の回転子鉄心１を備えている。一対の回転子鉄心１は、互いに軸方向に重ねられている。

この例では、互いに軸方向に重ねられた一対の回転子鉄心１の中で、一方を第１回転子鉄心１Ａとし、他方を第２回転子鉄心１Ｂとする。第１回転子鉄心１Ａの外周部に設けられた複数の永久磁石２を第１永久磁石２Ａとし、第２回転子鉄心１Ｂの外周部に設けられた複数の永久磁石２を第２永久磁石２Ｂとする。

第１回転子鉄心１Ａおよび第２回転子鉄心１Ｂは、互いに軸方向に接する端部における軸方向に垂直な面を中心にして、互いに対称な形状となるように連結されている。言い換えれば、第１回転子鉄心１Ａにおける第２回転子鉄心１Ｂ側の多角柱部１２は、第２回転子鉄心１Ｂにおける第１回転子鉄心１Ａ側の多角柱部１２と、軸方向から視た場合に重なるように配置されている。また、第１回転子鉄心１Ａにおける第２回転子鉄心１Ｂとは反対側の多角柱部１２は、第２回転子鉄心１Ｂにおける第１回転子鉄心１Ａとは反対側の多角柱部１２と、軸方向から視た場合に重なるように配置されている。

軸方向に隣り合う第１永久磁石２Ａおよび第２永久磁石２Ｂは、径方向から視た場合にＶ字状となるように配置されている。言い換えれば、軸方向に隣り合う第１永久磁石２Ａおよび第２永久磁石２Ｂは、第１回転子鉄心１Ａと第２回転子鉄心１Ｂとが互いに軸方向に接する面であって軸方向に垂直な面を中心にして、互いに対称な形状となるように配置されている。

第１回転子鉄心１Ａ、第１永久磁石２Ａ、第２回転子鉄心１Ｂおよび第２永久磁石２Ｂの周囲には、固定子鉄心３が配置されている。固定子鉄心３は、軸方向について一様な形状に形成されている。第１回転子鉄心１Ａ、第１永久磁石２Ａ、第２回転子鉄心１Ｂおよび第２永久磁石２Ｂは、固定子鉄心３との間に空隙を介して径方向に対向して配置されている。

固定子は、円環状のコアバック３１およびコアバック３１から径方向内側に突出する複数のティース３２を有する固定子鉄心３と、複数のティース３２に巻き回されて装着された複数の図示しない固定子巻線とを備えている。固定子鉄心３は、磁性材料から構成されている。固定子巻線には、図示しないインバータから電流が供給される。固定子巻線に電流が供給されることによって、磁束がティースを介して空隙に発生する。その他の構成は、実施の形態１と同様である。なお、固定子は、実施の形態１〜９の回転子に組み合わせてもよい。

以上説明したように、この発明の実施の形態１０に係る永久磁石式回転電機の回転子によれば、第１永久磁石２Ａと固定子鉄心３との間で生じる軸方向の電磁力と、第２永久磁石２Ｂと固定子鉄心３との間で生じる軸方向の電磁力とが互いに相殺されるため、スキューによるコギングトルクの低減効果に加えて、軸方向の電磁力による振動および騒音も低減させることができる。

１回転子鉄心、１Ａ第１回転子鉄心、１Ｂ第２回転子鉄心、２永久磁石、２Ａ第１永久磁石、２Ｂ第２永久磁石、３固定子鉄心、１１円筒部、１２多角柱部、１２Ａ第１多角柱部、１２Ｂ第２多角柱部、１２Ｃ、１２Ｄ角部、１３突起、１４突起、１５突起、１６隙間部、３１コアバック、３２ティース。

Claims

円筒部および前記円筒部の軸方向両端部に設けられた一対の多角柱部を有する回転子鉄心と、
前記回転子鉄心に貼り付けられる貼り付け面が平坦に形成された永久磁石と
を備え、
一対の前記多角柱部の中の一方の前記多角柱部である第１多角柱部および他方の前記多角柱部である第２多角柱部のそれぞれには平坦面が形成され、
前記第１多角柱部の前記平坦面における前記円筒部についての周方向の図心は、前記第２多角柱部の前記平坦面における前記周方向の図心に対して前記周方向にずれて配置され、
前記永久磁石は、前記永久磁石が軸方向に対して傾斜した状態で前記貼り付け面が、前記第１多角柱部の前記平坦面および前記第２多角柱部の前記平坦面に貼り付けられている永久磁石式回転電機の回転子。
同一の前記永久磁石の前記貼り付け面が貼り付けられる前記第１多角柱部の前記平坦面および前記第２多角柱部の前記平坦面は、同一平面上に配置されている請求項１に記載の永久磁石式回転電機の回転子。
軸方向に視た場合の一方の前記多角柱部の形状は、中心線に対して非対称であり、前記中心線を中心に表裏反転したときに、軸方向に視た場合の他方の前記多角柱部の形状と一致する請求項２に記載の永久磁石式回転電機の回転子。
軸方向に視た場合の前記多角柱部の外側形状は、極数の２倍の数の頂点を有する多角形状である請求項３に記載の永久磁石式回転電機の回転子。
前記回転子鉄心は、前記永久磁石よりも周方向片側に設けられた周方向位置決め部をさらに有している請求項３に記載の永久磁石式回転電機の回転子。
前記回転子鉄心は、前記周方向位置決め部に設けられ前記永久磁石よりも径方向外側に設けられた離脱防止部をさらに有している請求項５に記載の永久磁石式回転電機の回転子。
前記永久磁石は、側面形状が長方形形状に形成されている請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の永久磁石式回転電機の回転子。
前記回転子鉄心は、前記永久磁石よりも長手方向外側に設けられた軸方向位置決め部をさらに有している請求項７に記載の永久磁石式回転電機の回転子。
複数の前記回転子鉄心は、軸方向に連なって設けられており、
軸方向に隣り合う２つの前記回転子鉄心は、互いに軸方向に接する端部における軸方向に垂直な面を中心にして、互いに対称な形状となるように連結され、
連結された２つの前記回転子鉄心のそれぞれに貼り付けられた前記永久磁石は、径方向から視た場合にＶ字状となるように配置されている請求項１から請求項８までの何れか一項に記載の永久磁石式回転電機の回転子。
請求項１から請求項９までの何れか一項に記載の回転子と、
空隙を介して前記回転子に対して対向して配置された固定子鉄心を有する固定子と
を備えた永久磁石式回転電機。